JP4239545B2

JP4239545B2 - Manufacturing method of semiconductor device

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Publication number: JP4239545B2
Application number: JP2002290833A
Authority: JP
Inventors: 和宏鎌田
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2002-10-03
Filing date: 2002-10-03
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2022-10-03
Also published as: JP2004128241A

Description

【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は樹脂を材料として半導体素子をモールドした半導体装置、および半導体素子の樹脂モールド方法に関し、更に詳しくは、樹脂を材料として成型される発光素子載置用パッケージ上へのトランスファーモールド成型において、モールド部材の内部に気泡を残存させない高品質なトランスファーモールド成型を行い、信頼性が高く光学特性に優れた発光装置を提供する技術に関する。
【従来技術】
【０００２】
ＬＥＤチップを樹脂材料にてモールドする方法として、トランスファーモールド成型法が使用されてきた。この方法は、例えばリードフレーム上に半導体素子を載置した後、その半導体素子とリード電極とを接続した状態で、その半導体素子を含む封止空間を上金型及び下金型を突き合わせることにより形成した後、該封止空間にリード電極表面に沿って樹脂を注入し、硬化することにより封止する半導体装置の樹脂モールド方法である。
【０００３】
このようなトランスファーモールド成型法として例えば、特開２００１−１６８４００号公報に開示されているように、ケース内のリード電極上に配置された素子を樹脂封止するために、ケース側面に対向して設けられた二つの注入口からそれぞれ樹脂を注入し、ケース内の空気をケース側壁上面に設けられた排出口から排出させる方法がある。
【特許文献１】
特開２００１−１６８４００号公報
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ケースの内の発光素子が載置される位置から上に設けられた注入口より樹脂を注入する方法では、注入口の内部で硬化した樹脂中を発光素子からの光が透過するため、発光装置の発光観測面方向の光取り出し効率が低下する。また、発光装置の発光観測面側に樹脂を注入あるいは排出した跡が残り、発光装置の美観を損ねる等の問題が生じる。例えば、特開２００１−１６８４００号公報に開示されているような方法では、発光素子の側面方向から出光した光の一部は、特許文献１の第２図に示されるように、発光素子の側面方向に存在する注入口内部の樹脂中を透過し、発光装置の側面から洩れだしてしまう。また、特許文献１の第２図に示されるケースの横方向から樹脂を注入する方法では、注入する樹脂の流れが乱れるため、封止樹脂内に気泡を残存させることなく発光装置の正面方向に大小様々な形状の集光レンズを発光素子の封止と同時に一体成型することが難しい。
【０００５】
また、熱可塑性樹脂を材料とするケースを含み、封止樹脂材料を充填するための封止空間を上金型及び下金型を突き合わせることにより形成した後、ケース内へ熱硬化性樹脂の注入及び硬化を行う場合、加熱によってケースに設けた注入口が変形するため、樹脂を円滑に注入するために必要な十分な大きさの注入口を確保することが難しい。
【０００６】
さらに、発光素子から出光した光の取り出し効率を向上させるため、開口方向に向かって広くなる形状をした凹部の底面に発光素子を載置し、発光素子の上にモールド部材を成型した場合、成型後のモールド部材の形は、パッケージ方向に凸形状となるため、パッケージからモールド部分が抜けやすくなり、信頼性の高い発光装置を形成することができない等の問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、発光素子を被覆するモールド部材中に気泡が残存せず、光学特性に優れ、かつ信頼性の高い発光装置を簡易な方法で提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の目的を達成するために本発明にかかる半導体装置の製造方法は、発光素子または受光素子から選択された少なくとも一種の半導体素子と、その半導体素子を収納する凹部を有するパッケージと、そのパッケージに挿入され先端部が上記凹部の底面から露出されてなるリード電極と、そのリード電極に配置された半導体素子を封止するモールド部材と、を備えた半導体装置の製造方法であって、金属平板に打ち抜き加工を施すことにより、複数の貫通孔を有するリード電極を、一方向において分離して対向するように突出させて形成する第一の工程と、上型と、その上型と嵌合する下型との間に上記リード電極を挟持した後、型内に上記パッケージの材料である熱可塑性樹脂を注入して硬化させることにより、上記リード電極を含み、上記貫通孔を底面に開口させた凹部を有するパッケージを成型する第二の工程と、上記パッケージの凹部の底面に上記半導体素子を載置した後、上記半導体素子の電極と上記リード電極とを電気的に接続する第三の工程と、上記凹部の底面と上記パッケージの背面とに開口させたリード電極の貫通孔を通じて、上記パッケージの背面側から熱硬化性樹脂を含むモールド材料を注入し、その貫通孔とは別の貫通孔から上記凹部内の空気を排出することにより上記凹部をモールド材料にて封止した後、そのモールド材料を硬化させて上記モールド部材を成型する第四の工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
このような形成方法とすることにより、トランスファーモールド成型を利用して高品質かつ信頼性の高い半導体装置を容易に形成することが可能である。
【００１０】
上記パッケージに、背面が実装面の一部となり且つ主面が上記半導体素子の載置部となるヒートシンクを配置する工程を含むことが好ましい。
【００１１】
このように構成することにより、発光素子からの熱をパッケージ内に留めることなく外部に効率よく放熱することができ、所望の形状に成型されているモールド部材により発光素子から出光する高出力な光を光学制御することが可能である。
【００１２】
上記ヒートシンクは、主面側に凹部を有することが好ましい。
【００１３】
このように構成することにより、発光素子からの熱をパッケージ内に留めることなく外部にさらに効率よく放熱することができるだけでなく、発光素子から出光した光りは凹部側面にて反射し、発光装置の正面方向に向かうため、発光装置の光の取り出し効率を向上させることが可能である。
【００１４】
上記ヒートシンクは、上記パッケージと接する側面に凸部を有することが好ましい。
【００１５】
このように構成することにより、即ち本発明に独特のヒートシンクの形状により、パッケージ成型材料である熱可塑性樹脂は、硬化するとヒートシンクを固定保持するため、本発明にかかる発光装置においてヒートシンクはパッケージから外れることがなくなり、信頼性の高い発光装置とすることが可能である。
【００１６】
上記パッケージは、熱可塑性材料から成型される。
【００１７】
このように構成することにより、リード電極外周をモールド部材より熱膨張率の小さい熱可塑性樹脂にて主に固定保持することで、発光装置の耐熱衝撃性を向上させることができる。
【００１８】
上記半導体素子は、発光素子であることが好ましい。
【００１９】
このように構成することにより、高品質かつ信頼性の高い発光装置とすることが可能である。
【００２０】
上記モールド材料の一部を、上記貫通孔から上記パッケージの背面に延在させる工程を含むことが好ましい。
【００２１】
このように構成することにより、注入口内で硬化した樹脂中を発光素子方向からの光が透過することがなくなり、発光装置の光取り出し効率を向上させることが可能である。さらに、パッケージの背面に延在部分を設けることにより、パッケージからモールド部分、あるいはモールド部材とともに発光素子が抜け易くなることがないため、信頼性の高い発光装置を形成することができる。
【発明の実施の形態】
【００２２】
本発明の実施の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明は発光装置を以下に限定するものではない。また、各図面に示す部材の大きさや位置関係などは説明を明確にするために誇張しているところがある。
【００２３】
図１は、本発明にかかる発光装置の正面図を示し、図２は、図１中のＡＡにおける断面図を示す。
【００２４】
図１および図２に示されるように、本発明の発光装置１００は、先端部主面が凹部１０８の底面から露出されるようにパッケージ１０４に挿入されてなるリード電極１０１を固定保持するパッケージ１０４と、リード電極１０１の凹部底面に載置されたＬＥＤチップ１０２と、該ＬＥＤチップ１０２の正負両電極をリード電極１０１と電気的に接続するための導電性ワイヤ１０３と、該導電性ワイヤ１０３およびＬＥＤチップ１０２を外部環境から保護するためにそれらを封止するモールド部材１０５を有する。モールド部材１０５の一部は、リード電極１０１に対して発光装置の正面方向に延伸するように設けられた貫通孔１０７内と、パッケージ１０４の背面とに延在し、延在部分１０６を形成している。このように延在部分１０６を形成させることにより、モールド部材１０５のパッケージ１０４に対するアンカー効果が得られ、モールド部材１０５がパッケージ１０４から離脱することを防ぐことができる。また、発光素子から出光した光は注入口として利用した貫通孔内で硬化している樹脂中を透過することがないため、発光装置の正面方向に向かう光が増加し発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。さらに、モールド部材１０５は、発光装置正面にて発光装置１００から出光する光を集光させるためにレンズ形状に成型されており、また成型時にリード電極１０１の表面とパッケージ１０４との間に生じた隙間にも入り込んで延在している。また、上記モールド部材１０５およびパッケージ１０４は、それぞれトランスファーモールド成型法により成型されるが、前者は熱硬化性樹脂を材料とし、後者は熱可塑性樹脂を材料とすることにより形成されている。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態における各構成について詳述する。
（ＬＥＤチップ１０２）
本発明において使用される半導体素子は、発光素子、受光素子等の半導体素子が考えられるが、本実施の形態において使用される半導体素子は、発光素子として使用されるＬＥＤチップ１０２である。蛍光体と発光素子とを組み合わせ、蛍光体を励起させることによって波長変換した光を出光させる発光装置とする場合、蛍光体を励起可能な波長の光を出光するＬＥＤチップが使用される。ＬＥＤチップ１０２は、ＭＯＣＶＤ法等により基板上にＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の半導体を発光層として形成させる。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。好ましくは、蛍光体を効率良く励起できる比較的短波長を効率よく発光可能な窒化物系化合物半導体（一般式Ｉｎ_ｉＧａ_ｊＡｌ_ｋＮ、ただし、０≦ｉ、０≦ｊ、０≦ｋ、ｉ＋ｊ＋ｋ＝１）である。
【００２６】
窒化ガリウム系化合物半導体を使用した場合、半導体基板にはサファイア、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＮ等の材料が好適に用いられる。結晶性の良い窒化ガリウムを形成させるためにはサファイア基板を用いることがより好ましい。サファイア基板上に半導体膜を成長させる場合、ＧａＮ、ＡｌＮ等のバッファ層を形成しその上にＰＮ接合を有する窒化ガリウム半導体を形成させることが好ましい。また、サファイア基板上にＳｉＯ_２をマスクとして選択成長させたＧａＮ単結晶自体を基板として利用することもできる。この場合、各半導体層の形成後ＳｉＯ_２をエッチング除去させることによって発光素子とサファイア基板とを分離させることもできる。窒化ガリウム系化合物半導体は、不純物をドープしない状態でＮ型導電性を示す。発光効率を向上させるなど所望のＮ型窒化ガリウム半導体を形成させる場合は、Ｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を適宜導入することが好ましい。一方、Ｐ型窒化ガリウム半導体を形成させる場合は、Ｐ型ドーパンドであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドープさせる。
【００２７】
窒化ガリウム系化合物半導体は、Ｐ型ドーパントをドープしただけではＰ型化しにくいためＰ型ドーパント導入後に、炉による加熱、低速電子線照射やプラズマ照射等によりアニールすることでＰ型化させることが好ましい。具体的な発光素子の層構成としては、窒化ガリウム、窒化アルミニウムなどを低温で形成させたバッファ層を有するサファイア基板や炭化珪素上に、窒化ガリウム半導体であるＮ型コンタクト層、窒化アルミニウム・ガリウム半導体であるＮ型クラッド層、Ｚｎ及びＳｉをドープさせた窒化インジュウムガリウム半導体である活性層、窒化アルミニウム・ガリウム半導体であるＰ型クラッド層、窒化ガリウム半導体であるＰ型コンタクト層が積層されたものが好適に挙げられる。ＬＥＤチップ１０１を形成させるためにはサファイア基板を有するＬＥＤチップ１０１の場合、エッチングなどによりＰ型半導体及びＮ型半導体の露出面を形成させた後、半導体層上にスパッタリング法や真空蒸着法などを用いて所望の形状の各電極を形成させる。ＳｉＣ基板の場合、基板自体の導電性を利用して一対の電極を形成させることもできる。
【００２８】
次に、形成された半導体ウエハ等をダイヤモンド製の刃先を有するブレードが回転するダイシングソーにより直接フルカットするか、又は刃先幅よりも広い幅の溝を切り込んだ後（ハーフカット）、外力によって半導体ウエハを割る。あるいは、先端のダイヤモンド針が往復直線運動するスクライバーにより半導体ウエハに極めて細いスクライブライン（経線）を例えば碁盤目状に引いた後、外力によってウエハを割り半導体ウエハからチップ状にカットする。このようにして窒化物系化合物半導体であるＬＥＤチップ１０１を形成させることができる。
【００２９】
本発明の発光装置において、蛍光体を励起させて発光させる場合は、蛍光体との補色等を考慮してＬＥＤチップ１０２の主発光波長は３５０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましい。
（パッケージ１０４）
パッケージ１０４は、半導体素子を載置する凹部１０８を有し、該凹部１０８内に外部との電気的接続が可能なリード電極を固定保持する支持体として働く。図３に示すように本実施の形態において、リード電極１０１は、パッケージ１０４の側面で折り曲げられ、さらにパッケージ１０４の背面に延在している。また図５に示されるようにパッケージ１０４は、発光装置５００の放熱性を向上させるためのヒートシンク１０９を有することができる。ＬＥＤチップ１０２の数や大きさに合わせて複数の開口部を持ったパッケージ１０４とすることもできる。また、発光装置をディスプレイの構成部材として利用する場合、好適には遮光機能を持たせるために黒や灰色などの暗色系に着色させるか、或いはパッケージ１０４の発光観測表面側が暗色系に着色されている。パッケージ１０４は、ＬＥＤチップ１０２をさらに外部環境から保護するために透光性保護体であるモールド部材１０５を設けることもできる。パッケージ１０４は、モールド部材１０５との接着性がよいものが好ましく、ＬＥＤチップ１０２と外部とを電気的に遮断させるために絶縁性を有することが望まれる。さらに、パッケージ１０４およびモールド部材１０５については、共に熱膨張率が小さく、ほぼ等しいことが好ましい。特にパッケージ１０４は、ＬＥＤチップ１０２などからの熱の影響を受ける場合を考慮して、モールド部材１０５より熱膨張率の小さい物が好ましい。このような構成により、主にパッケージ材料にて固定保持されているリード電極１０１は、モールド部材が熱応力の影響を受けて膨張あるいは収縮してもその影響を最小限に抑え、熱応力を緩和しズレ動くことが少ないため、導電性ワイヤ１０３の切断等の障害を発生させることなく信頼性の高い発光装置を形成させることが可能であり、また製造歩留まりを向上させることができる。
【００３０】
パッケージ１０４の凹部１０８の内壁面を梨地とし、接着面積を増やしたり、プラズマ処理してモールド部材１０５との密着性を向上させたりすることもできる。本実施の形態においてパッケージ１０４は、リード電極１０１と一体的に形成されるが、別の実施の形態ではパッケージ１０４が複数に分かれ、はめ込みなどにより組み合わせて構成させてもよい。なお、本明細書に添付される図面においてパッケージの形状は凹部を設けた楕円柱形状としたが、任意の立体的形状で構わない。
【００３１】
このようなパッケージ１０４は、トランスファーモールド成型、インサート成形などにより比較的簡単に形成することができる。パッケージの熱可塑性材料として芳香族ナイロン系樹脂、ポリフタルアミド樹脂（ＰＰＡ）、サルホン系樹脂、ポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ）、ポリケトン樹脂（ＰＫ）、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ＡＢＳ樹脂、ＰＢＴ樹脂等の熱可塑性樹脂などを用いることができる。なお、これらの熱可塑性樹脂にガラス繊維を含有させたものを熱可塑性材料として使用しても構わない。このようにガラス繊維を含有させることにより、高剛性を有し、高強度なパッケージを形成することが可能である。
【００３２】
以上のような熱可塑性樹脂を使用することによって、モールド部材の材料である熱硬化性部材を流し込む工程で、樹脂漏れを防ぐことが可能である。また、硬化時においてパッケージ材料の熱膨張率は、モールド部材の材料の熱膨張率より小さい。そのため、発光装置を寒暖の差の激しい気象条件のもとで使用し、モールド部材が熱によって収縮あるいは膨張する場合であっても、パッケージに固定保持されているリード電極はモールド部材に発生する熱応力の影響を受けることが少ないため、リード電極にボンディングされている導電性ワイヤの切断を防ぐことが可能である。なお、本明細書中において熱可塑性樹脂とは、加熱すると軟化さらには液状化し、冷却すると硬化する線状の高分子構造を有する物質をいう。このような熱可塑性樹脂として、たとえばスチレン系、アクリル系、セルロース系、ポリエチレン系、ビニル系、ナイロン系、フッ（弗）化炭素系の樹脂などがある。
【００３３】
また、パッケージ１０４を暗色系に着色させる着色剤としては種々の染料や顔料が好適に用いられる。具体的には、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＭｎＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３やカーボンブラックなどが好適に挙げられる。
【００３４】
ＬＥＤチップ１０２とパッケージ１０４との接着は熱硬化性樹脂などによって行うことができる。具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂やイミド樹脂などが挙げられる。また、ＬＥＤチップ１０２を配置固定させると共にパッケージ１０４内のリード電極１０１と電気的に接続させるためにはＡｇペースト、カーボンペースト、ＩＴＯペースト、金属バンプ等が好適に用いられる。
（リード電極１０１）
リード電極１０１は、パッケージ１０４の外部からの電力を内部に配置されたＬＥＤチップ１０２に供給するために使用される部材である。本実施の形態におけるリード電極１０１は、パッケージ１０４の側面から突出している部分であるアウターリード電極と、パッケージ側面を貫通しパッケージ凹部内に延伸して載置されているインナーリード電極とからなる。ここで、インナーリード電極に対しては、パッケージ１０４の背面から樹脂を注入する際に樹脂を通過させる貫通孔１０７が発光装置の正面方向に延伸するように設けられている。貫通孔の内部およびパッケージ１０４の背面に対してモールド部材１０５の延在部分１０６を形成することによりモールド部材１０５がパッケージ１０４から離脱するのを防ぐことができる。また、リード電極１０１は放熱性、電気伝導性、ＬＥＤチップ１０２の特性などを考慮して種々の大きさに形成させることができる。リード電極１０１は、載置されるＬＥＤチップ１０２から放出された熱を外部に放熱させるため熱伝導性がよく、大きさが適宜調節されていることが好ましい。このように構成することにより、ヒートシンクを備えることなく発光装置の放熱性を向上させることができる。また、発光素子の放熱性向上を目的としたヒートシンクを備える別の実施の形態であっても、更に発光装置全体の放熱性を向上させることが可能である。リード電極１０１の具体的な電気抵抗としては３００μΩ・ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは、３μΩ・ｃｍ以下である。また、具体的な熱伝導度は、０．０１ｃａｌ／（ｓ）（ｃｍ^２）（℃／ｃｍ）以上が好ましく、より好ましくは０．５ｃａｌ／（ｓ）（ｃｍ^２）（℃／ｃｍ）以上である。
【００３５】
このようなリード電極１０１としては、銅やりん青銅板表面に銀、パラジュウム或いは金、銀などの金属メッキや半田メッキなどを施したものが好適に用いられる。このように銀メッキした場合にあっては、発光素子から出光した光の反射率が高くなり、発光装置の光取り出し効率が向上するため好ましい。
【００３６】
また、一対のリード電極のそれぞれがパッケージ外部の側面付近で一本から二本のリード電極に分岐されてパッケージに挿入されるように、パッケージを成型することが好ましい。このようにすることで、フォーミング工程においてリード電極からパッケージに掛かる過剰な応力が緩和され、また、パッケージ材料である熱可塑性樹脂が分岐した二本のリード電極の間に入り込むことにより、リード電極がパッケージに対してより強く固定される。さらに、パッケージ成型の際に使用する上金型と下金型の密着性が向上し、パッケージ成型の工程中に両金型のズレを防止することが可能である。
（ヒートシンク１０９）
図５に示されるように本実施の形態において使用することが可能なヒートシンク１０９は、パッケージ１０４の凹部１０８の底面から露出されている主面側にＬＥＤチップ１０１を載置すると同時に、該ＬＥＤチップから放出される熱を、発光装置の実装面の一部となる背面から発光装置の外部に放熱させる機能を有する。本発明にかかる発光装置は、リード電極に放熱機能を持たせた場合であっても、ヒートシンクを有することにより更なる放熱性の向上が可能となる。このようなヒートシンクは、上金型および下金型により形成される封止空間内に納めた後、リード電極とともにパッケージ成型時に一体成型される。また、本実施の形態では、パッケージ１０４の材料として熱可塑性樹脂が使用されるため高い放熱効果が要求されるところ、ヒートシンク１０９によりパッケージ１０４の放熱効果をさらに高め、信頼性の高い発光装置を形成することが可能である。
【００３７】
ヒートシンク１０９は放熱性、ＬＥＤチップ１０２の特性などを考慮して種々の大きさに形成させることができる。ヒートシンク１０９は、ＬＥＤチップ１０２を配置すると共にＬＥＤチップ１０２から放出された熱を外部に放熱させるため熱伝導性がよいことが好ましい。ヒートシンクの具体的な熱伝導度は、０．０１ｃａｌ／（ｓ）（ｃｍ^２）（℃／ｃｍ）以上が好ましく、より好ましくは０．５ｃａｌ／（ｓ）（ｃｍ^２）（℃／ｃｍ）以上である。
【００３８】
このようなヒートシンクの材料としては、銅やりん青銅板表面に銀、パラジュウム或いは銀、金などの金属メッキや半田メッキなどを施したものが好適に用いられる。このように銀メッキした場合にあっては、発光素子から出光した光の反射率が高くなり、発光装置の光取り出し効率が向上するため好ましい。
【００３９】
ヒートシンクの厚さはＬＥＤチップの特性を考慮して、ＬＥＤチップの放熱性を向上させるために最適な大きさに調節される。また、ヒートシンク上面の面積は、載置する半導体素子の大きさ程度とし、正負の導電性ワイヤがヒートシンクに接触しないように調節する。あるいは、本実施の形態における上金型および下金型の鉛直方向の向きを逆にし、導電性ワイヤの中央部付近がヒートシンクの下方に垂れ下がるようにして、モールド部材を成型しても構わない。このようにすることによって、ショートを防ぎ製造歩留まりの高い発光装置を形成することが可能である。ヒートシンクの形状は円柱状、角柱状等いかなる形状でもよいが、ヒートシンク上部に凹部を設けＬＥＤチップを載置する構成とした場合は、該凹部は開口方向に向かって広くなる形状をしていることが好ましい。このようにすることによって、発光素子から出光した光は凹部側面にて反射し、発光装置の正面方向に向かうため、発光装置の光取り出し効率を向上させることが可能である。また、半導体素子として受光素子を使用した場合は、受光装置に入射する光は凹部側面にて反射し、受光素子の方向に向かうため、受光装置の感度を向上させることが可能である。
【００４０】
上記凹部側面は、ＬＥＤチップから出光する光の光軸に対して傾斜して開口方向に向け拡開する側面（以下「側面ａ」と呼ぶ）と、側面ａよりも光軸となす傾斜角度が小さい側面（以下「側面ｂ」と呼ぶ）とを凹部側面に区分けして形成してもよい。
【００４１】
このような側面を有する凹部を設けることによって、発光素子から側面ａに向かう光および側面ｂに向かう光は、それぞれ凹部側面にて異なる反射角度で反射するため、発光装置の光の取り出し効率が向上するだけでなく、所望の方向における配光性を向上させることが可能である。
【００４２】
さらに、ヒートシンクは、パッケージと接する側面に凸部が設けられていることが好ましい。該凸部は、任意の形状でよく、ヒートシンク側面の一面に渡って複数個設けても構わないし、シートシンクの側面を取り囲むようにリング状に設けても構わない。このようなヒートシンクの形状により、パッケージ成型材料である熱可塑性樹脂は、パッケージ成型時に凸部の周囲を取り囲んで硬化するため、本発明にかかる発光装置においてヒートシンクはパッケージから外れることがなくなり、信頼性の高い発光装置とすることが可能である。従来は、別工程で形成されたヒートシンクをパッケージに絶縁性接着剤等で接着していたため、作業の効率が低下し、また、接着したヒートシンクはパッケージから外れやすく信頼性の高い発光装置とすることができない等の問題が生じていた。
（導電性ワイヤ１０３）
導電性ワイヤ１０３としては、ＬＥＤチップ１０２の電極とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性がよいものが求められる。熱伝導度としては０．０１ｃａｌ／（ｓ）（ｃｍ^２）（℃／ｃｍ）以上が好ましく、より好ましくは０．５ｃａｌ／（ｓ）（ｃｍ^２）（℃／ｃｍ）以上である。また、作業性などを考慮して導電性ワイヤ１０３の直径は、好ましくは、Φ１０μｍ以上、Φ４５μｍ以下である。このような導電性ワイヤ１０３として具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤが挙げられる。このような導電性ワイヤ１０３は、各ＬＥＤチップ１０２の電極と、インナーリードとをワイヤボンディング機器によって容易に接続させることができる。ここで、同一面側に正負一対の両電極を有するＬＥＤチップをワイヤボンディングする場合、該正負両電極のそれぞれが正のリード電極、負のリード電極にそれぞれ接続される。また、ＬＥＤチップ１０２を配置固定させると共にパッケージ１０４内のインナーリード電極等と電気的に接続させる構成とした場合は、ＬＥＤチップ１０２の正負両電極のうち、リード電極等と電気的に接続されていない方の電極を、正のリード電極あるいは負のリード電極のどちらか一方にワイヤボンディングにより接続する。導電性ワイヤ１０３は、正電極および負電極のリード電極への接続に対して、それぞれ二本以上使用しても構わない。このようにすることによって、複数本のワイヤの一部が切断等により不通になっても切断されていない残りのワイヤで電気的導通を図ることが可能である。また、本発明の実施の形態の一つとして、同一面側に正負一対の両電極を有する二つ以上のＬＥＤチップを実装する場合、あるいは実装する一つのＬＥＤチップの正電極あるいは負電極が幾つかに分割されている場合がある。このような場合には、各電極あるいは分割された電極のそれぞれが並列に接続されるようにワイヤボンディングにより接続することが可能である。
（モールド部材１０５）
モールド部材１０５は、発光ダイオードの用途に応じて、ＬＥＤチップ１０２、導電性ワイヤ１０３、粒子状蛍光体が含有されＬＥＤチップ１０２上に形成されるコーティング部などを外部環境から保護するため、あるいは発光装置の光学特性に特徴を持たせるために設けることができる。また、本実施の形態においてモールド部材１０５の一部は、パッケージ１０４とインナーリードとの間に延在している。このような延在部分が存在しない場合、モールド部材に対して発光装置の正面方向に向かう力が掛かると、該モールド部材はパッケージから脱落しやすい。しかしながら、本実施の形態のような延在部分を設けると、該延在部分は上記の力に対して直角方向に延在しているため、モールド部材がパッケージから脱落するのを防ぐことができる。
【００４３】
モールド部材１０５は、各種樹脂や硝子などを用いて形成させることができる。モールド部材１０５の具体的材料としては、主としてエポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂などの耐候性および透光性に優れた熱硬化性樹脂や硝子などが好適に用いられる。なお、本明細書中における熱硬化性樹脂とは、加圧下で加熱すると固化するプラスチックをいう。熱硬化性樹脂は、いったん固化すると最初の性質を損うことなく再溶融、または再成形できない。このような熱硬化性樹脂として、たとえばエポキシ系、メラミン系、フェノール系、尿素系の樹脂が挙げられる。このようなモールド部材の材料は、パッケージの材料として使用される熱可塑性樹脂の軟化点（本明細書中における「軟化点」とは、固化した熱可塑性樹脂が加熱されて軟化し始める温度をいう。）以上であって、かつモールド部材の材料として使用する熱硬化性樹脂の硬化温度（本明細書中における「熱硬化性樹脂の硬化温度」とは固形状の熱硬化性樹脂材料が液状化しさらに一定の時間経過後、固化を完了する温度をいう）のもとで、封止空間に注入される。このとき、パッケージの熱可塑性樹脂は鋼鉄製の金型より軟化しているため、パッケージは、金型に対して極めて密着し、流し込まれる液状の熱硬化性樹脂は、金型とパッケージとの密着部分から漏れ出すことはない。
【００４４】
モールド部材に拡散剤を含有させることによってＬＥＤチップ１０２からの指向性を緩和させ視野角を増やすこともできる。また、各種着色剤を含有させることができる。また、半導体素子に出入りする光の配光性、集光性等を考慮して様々な大きさの凸レンズ形状、凹レンズ形状等に成型することも可能である。さらに、発光装置に対して所定方向への配光性を向上させることを目的として、モールド部材を発光方向から見たときの縦断面形状が楕円形であるようにレンズ成型することも可能である。このような様々の形状のモールド部材の成型は、成型金型の形状および大きさを所望のものに変えることによって可能となる。従来は、モールド部材設置個所にモールド部材の材料を滴下して硬化させるポッティングによる方法が行われていたが、ポッティングによる方法では、液状にして滴下するモールド部材の材料の表面張力に限界があるため、上記のように所望の形状および大きさを変えた成型が困難であった。
（蛍光体）
本発明における発光装置において、発光素子から出光する光を波長変換して所望の発光色を得るために蛍光体を使用することも可能である。このような蛍光体は、モールド部材中に含有させたり、あるいは発光素子の表面上に透光性無機部材等の結着剤により固着される。
【００４５】
本発明に用いられる蛍光体としては、少なくともＬＥＤチップ１０２の半導体発光層から発光された光で励起されて発光する粒子状蛍光体をいう。ＬＥＤチップ１０２が発光した光と、粒子状蛍光体が発光した光が補色関係などにある場合、それぞれの光を混色させることで白色を発光することができる。具体的には、ＬＥＤチップ１０２からの光と、それによって励起され発光する粒子状蛍光体の光がそれぞれ光の３原色（赤色系、緑色系、青色系）に相当する場合やＬＥＤチップ１０２が発光した青色の光と、それによって励起され発光する粒子状蛍光体の黄色の光が挙げられる。
【００４６】
発光ダイオードの発光色は、粒子状蛍光体と粒子状蛍光体の結着剤として働く各種樹脂やガラスなどの無機部材などとの比率、粒子状蛍光体の沈降時間、粒子状蛍光体の形状などを種々調整すること及びＬＥＤチップの発光波長を選択することにより電球色など任意の白色系の色調を提供させることができる。発光ダイオードの外部には、ＬＥＤチップからの光と蛍光体からの光がモールド部材を効率よく透過することが好ましい。
【００４７】
具体的な粒子状蛍光体としては、銅で付活された硫化カドミ亜鉛や、希土類元素から選択された一種類以上の元素、例えばセリウム、Ｐｒで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体が挙げられる。特に、高輝度且つ長時間の使用時においては（Ｒｅ_１−ｘＳｍ_ｘ）_３（Ａｌ_１−ｙＧａ_ｙ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ，Ｇｄ，Ｌａからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。）などが好ましい。粒子状蛍光体として特に（Ｒｅ_１−ｘＳｍ_ｘ）_３（Ａｌ_１−ｙＧａ_ｙ）_５Ｏ_１２：Ｃｅを用いた場合には、ＬＥＤチップと接する或いは近接して配置され放射照度として（Ｅｅ）＝３Ｗ・ｃｍ^−２以上１０Ｗ・ｃｍ^−２以下においても高効率に十分な耐光性を有する発光ダイオードとすることができる。
【００４８】
（Ｒｅ_１−ｘＳｍ_ｘ）_３（Ａｌ_１−ｙＧａ_ｙ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ蛍光体は、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起スペクトルのピークが４７０ｎｍ付近などにさせることができる。また、発光ピークも５３０ｎｍ付近にあり７２０ｎｍまで裾を引くブロードな発光スペクトルを持たせることができる。しかも、組成のＡｌの一部をＧａで置換することで発光波長が短波長にシフトし、また組成のＹの一部をＧｄで置換することで、発光波長が長波長へシフトする。このように組成を変化することで発光色を連続的に調節することが可能である。したがって、長波長側の強度がＧｄの組成比で連続的に変えられるなど窒化物半導体の青色系発光を利用して白色系発光に変換するための理想条件を備えている。
【００４９】
このような蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ａｌ、Ｌａ及びＧａの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０°Ｃの温度範囲で２〜５時間焼成して焼成品を得る。次に焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで所望の粒子状蛍光体を得ることができる。
【００５０】
本発明の発光ダイオードにおいて、粒子状蛍光体は、２種類以上の粒子状蛍光体を混合させてもよい。即ち、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｌａ及びＧｄやＳｍの含有量が異なる２種類以上の（Ｒｅ_１−ｘＳｍ_ｘ）_３（Ａｌ_１−ｙＧａ_ｙ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ蛍光体を混合させてＲＧＢの波長成分を増やすことができる。また、現在のところ半導体発光素子の発光波長には、バラツキが生ずるものがあるため２種類以上の蛍光体を混合調整させて所望の白色光などを得ることができる。具体的には、発光素子の発光波長に合わせて色度点の異なる蛍光体の量を調整し含有させることでその蛍光体間と発光素子で結ばれる色度図上の任意の点を発光させることができる。
（拡散剤）
本実施の形態におけるモールド部材には、発光装置の発光輝度を向上させるために拡散剤を含有させることも可能である。モールド部材に含有される拡散剤は、発光素子から放出される光のうち発光観測面側に放出される光の散乱吸収を少なくし、光反射層側面に向かう光を多く散乱させることで発光装置の発光輝度を向上させるものである。このような拡散剤としては、酸化バリウム、チタン酸バリウム、酸化バリウム、酸化珪素、酸化チタン、酸化アルミニウム等の無機部材やメラミン樹脂、ＣＴＵグアナミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂などの有機部材が好適に用いられる。
【００５１】
同様に、外来光や発光素子からの不要な波長をカットするフィルター効果を持たすために各種着色剤を添加させることもできる。さらに、樹脂の内部応力を緩和させる各種フィラーを含有させることもできる。
（フィラー）
更に、本発明において、モールド部材中に蛍光体に加えて、あるいは蛍光体に変えてフィラーを含有させても良い。具体的な材料は拡散剤と同様であるが、拡散剤とは中心粒径が異なり、本明細書においてフィラーとは中心粒径が５μｍ以上１００μｍ以下のものをいう。このような粒径のフィラーを透光性樹脂中に含有させると、光散乱作用により発光装置の色度バラツキが改善される他、透光性樹脂の耐熱衝撃性を高めることができる。また、フィラーは蛍光体と類似の粒径及び／又は形状を有することが好ましい。ここで本明細書では、類似の粒径とは、各粒子のそれぞれの中心粒径の差が２０％未満の場合をいい、類似の形状とは、各粒径の真円との近似程度を表す円形度（円形度＝粒子の投影面積に等しい真円の周囲長さ／粒子の投影の周囲長さ）の値の差が２０％未満の場合をいう。このようなフィラーを用いることにより、蛍光体とフィラーが互いに作用し合い、樹脂中にて蛍光体を良好に分散させることができ色ムラが抑制される。更に、蛍光体及びフィラーは、共に中心粒径が１５μｍ〜５０μｍ、より好ましくは２０μｍ〜５０μｍであると好ましく、このように粒径を調整することにより、各粒子間に好ましい間隔を設けて配置させることができる。これにより光の取り出し経路が確保され、フィラー混入による光度低下を抑制しつつ指向特性を改善させることができる。また、このような粒径範囲の蛍光体及びフィラーを透光性樹脂に含有させ孔版印刷法にて封止部材を形成すると、封止部材硬化後のダイシング工程においてダイシングブレードの目詰まりが回復されドレッサー効果をもたらすことができ量産性が向上される。
【実施例】
【００５２】
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されるものではないことは言うまでもない。
［実施例１］
図１は、本実施例にかかる発光装置１００の上面図を示す。図２は、図１のＡＡにおける発光装置１００の断面図を示す。図３は、発光装置１００の背面図を示す。また、図４は、発光装置１００の正面図を示す。
【００５３】
本実施例にかかる発光装置１００は、先端部主面が凹部１０８の底面から露出されるようにパッケージ１０４に挿入されてなるリード電極１０１を固定保持するパッケージ１０４と、リード電極１０１に形成された凹部の底面に載置されたＬＥＤチップ１０２と、該ＬＥＤチップ１０２の正負両電極をリード電極１０１と電気的に接続するための導電性ワイヤ１０３と、該導電性ワイヤ１０３およびＬＥＤチップ１０２を外部環境から保護するためにそれらを封止するモールド部材１０５とを有する。モールド部材１０５の一部は、リード電極１０１に設けられた貫通孔１０７と、パッケージ１０４の背面とに延在し、延在部分１０６を形成している。さらに、モールド部材１０５は、発光装置正面にて発光装置１００から出光する光を集光させるためにレンズ形状に成型されており、また成型時にリード電極１０１の表面とパッケージ１０４との間に生じた隙間にも入り込んで延在している。また、上記モールド部材１０５およびパッケージ１０４は、それぞれトランスファーモールド成型法により成型されるが、前者は熱硬化性樹脂を材料とし、後者は熱可塑性樹脂を材料とすることにより形成されている。
【００５４】
本発明の発光装置の形成方法は、金属平板に打ち抜き加工を施し、一方向において分離して対向するように突出され複数の貫通孔を有するリード電極を形成する第一の工程と、中央部に突出部を有する上金型と、該上金型と嵌合可能な下金型との間にリード電極を挟持し、熱可塑性材料を注入してリード電極を含むパッケージを一体成型する第二の工程と、第二の工程にて得られたパッケージの凹部内に半導体素子を載置し、電気的に接続する第三の工程と、パッケージの背面側からリード電極の貫通孔にモールド材料を注入することにより凹部を密封し、硬化させる第四の工程と、を含む。
【００５５】
以下、図面を参照しながら本発明の発光装置の形成方法を順を追ってより詳細に説明する。
（工程１）
まず、貫通孔１０７を有するリード電極１０１を形成する。銅を主成分とする金属平板に打ち抜き加工を施し、同一方向において互いに分離して対向するように突出され、それぞれ貫通孔１０７を有する一対のリード電極１０１とする。
（工程２）
次に、本実施例におけるパッケージ１０４の射出成型法による成型を説明する。本工程では、上金型と、該上金型に嵌合可能な下金型とを、リード電極１０１を挟持しながら突き合わせることによりリード電極１０１の先端部とを含む第一の封止空間を形成する。このとき、上金型はパッケージ１０４の凹部１０８を成型するための凸部と、パッケージ１０４の側壁を成型するための部分とを有する。一方の下金型はパッケージ側面を成型するための凹部を有する。上記第一の封止空間にパッケージ１０４の背面となる方向から熱可塑性樹脂材料として液状のポリフタルアミド樹脂を注入し、冷却させることにより、開口方向に向かって広くなる形状を有する凹部１０８と、パッケージ１０４に挿入されたリード電極１０１とを有するパッケージ１０４を一体成型する。なお、硬化時のパッケージの熱膨張係数は、２．３×１０^−５〜８．６×１０^−５（１／℃）であった。また、本実施例において、パッケージの材料は、ポリフタルアミド樹脂に適量のガラス繊維を含有させた材料を使用した。このような材料は、ガラス繊維を含有させないものと比較して、高剛性、高強度、寸法安定性、耐熱性、耐薬品性、成形加工性、蒸着性、低吸湿性、電気特性に優れ、本発明における発光装置のパッケージ材料としての使用に適している。
（工程３）
次に、ＬＥＤチップ１０２とリード電極１０１上に設けた凹部底面との接着を熱硬化性樹脂、透光性無機部材、金属ハンダ等によって行う。具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂やイミド樹脂、シリカゾル、Ａｕ−Ｓｎなどの共晶ハンダなどが挙げられる。また、ＬＥＤチップ１０２を配置固定させると共にパッケージ１０４内のリード電極１０１と電気的に接続させるためにはＡｇペースト、カーボンペースト、ＩＴＯペースト、金属バンプ等が好適に用いられる。
（工程４）
導電性ワイヤ１０３によって、ＬＥＤチップ１０２の正負両電極と、リード電極１０１をワイヤボンディング接続させる。
（工程５）
以下、本発明におけるモールド部材１０５のトランスファーモールド法による成型を説明する。パッケージ１０４の主面からなる面に対して、モールド部材の材料を所定の形状に成型する上金型を押し当て圧着させることにより、第二の封止空間を形成する。次に、第二の封止空間に対してモールド部材の材料をパッケージ１０４の背面側の貫通孔１０７より注入する。パッケージ１０４の材料として使用したポリフタルアミド樹脂の軟化点１２０℃以上であって、かつモールドの材料として使用するエポキシ樹脂の硬化温度である１５０℃に設定した後、貫通孔１０７よりエポキシ樹脂を注入し第二の封止空間の方へ流し込むことにより、第二の封止空間をエポキシ樹脂にて密封する。このとき、パッケージ１０４は鋼鉄製の金型を押し当てられることにより軟化しているため、パッケージは、金型に対して極めて密着し、流し込むエポキシ樹脂は、金型とパッケージとの密着部分から漏れ出すことはない。また、リード電極１０１に設けた貫通孔１０７を樹脂の注入口として利用しているため、パッケージの軟化によって注入口が塞がることを防ぐことができる。さらに、モールド成型時におけるパッケージ外周部への樹脂バリの発生を完全に防ぐことが可能である。また、第二の封止空間に存在する空気は、流し込まれたエポキシ樹脂によって貫通孔１０７の方向から徐々に置換され、他方の貫通孔から排出される。これにより、モールド部材１０５中における気泡の発生を抑えることが可能である。
【００５６】
ところで、上述の設定温度にて上下方向から圧力を加えながらパッケージ１０４を金型で挟んだとき、軟化したパッケージ１０４とリード電極１０１の側面との間に隙間が生じ、該隙間にも流動性に富むエポキシ樹脂は入り込む。
【００５７】
金型の温度をエポキシ樹脂の硬化温度１５０℃に設定し、所定の硬化時間経過後モールド部材が成型される。なお、硬化時のエポキシ樹脂の熱膨張係数は、１４．５〜１８．５（１／℃）であった。
（工程６）
最後に、パッケージ１０４の背面側において硬化したモールド部材の一部が、貫通孔１０７を介してリード電極１０１の主面側および背面側に延在している状態で、延在部分１０６を残しながら切り離し、アウターリード電極を所望の形状に折り曲げると、本発明の発光装置１００が完成する。
【００５８】
本実施例にかかる発光装置の形成方法では、リード電極１０１に設けられる貫通孔１０７を樹脂の注入口として利用し、パッケージの背面から樹脂を注入してモールド部材１０５を形成する。これにより、注入口内で硬化した樹脂中を発光素子方向からの光が透過することがなくなり、発光装置の光取り出し効率を向上させることが可能である。また、パッケージ１０４の背面に延在部分１０６を設けることにより、パッケージ１０４からモールド部分、あるいはモールド部材とともに発光素子が抜け易くなることがないため、信頼性の高い発光装置を形成することができる。さらに、モールド部材に気泡を残存させることがないため、品質の高い発光装置を形成することが可能である。
［実施例２］
図５に示されるようにパッケージ１０４にヒートシンク１０９をパッケージ成型時に一体成型する他は実施例１と同様に発光装置を形成した。
【００５９】
このようにすることによって、発光装置の放熱性をさらに向上させ、信頼性の高い発光装置を形成することができる。
［実施例３］
モールド部材１０５に、赤色系、緑色系および青色系の各種着色剤をそれぞれ含有させた発光装置を、発光色が赤色系、緑色系および青色系ごとに形成する他は実施例１と同様に発光装置を形成した。
【００６０】
本実施例のように構成することによって、カラーＬＥＤディスプレイ用として使用することが可能な光学特性に優れた発光装置とすることができる。即ち、本実施例の発光装置は、パッケージ１０４の厚みを比較的大きくし、それに応じてモールド部材１０５の形状も大きくすることが可能である。したがって、本実施例にかかる発光装置を配線基板表面に実装し発光装置間を充填材で満たした場合であっても、該充填材がモールド部材の表面に懸からないようにパッケージ１０４の厚みを自由に設計変更することが可能である。
【発明の効果】
【００６１】
本実施例にかかる発光装置では、注入口内で硬化した樹脂中を発光素子方向からの光が透過することがなくなり、発光装置の光取り出し効率を向上させることが可能である。さらに、パッケージの背面に延在部分を設けることにより、パッケージからモールド部分、あるいはモールド部材とともに発光素子が抜け易くなることがないため、信頼性の高い発光装置を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、本発明の一実施例を示す模式的な上面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例を示す模式的な断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例を示す模式的な背面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例を示す模式的な正面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施例を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１００、５００・・・発光装置、１０１・・・リード電極、１０２・・・発光素子、１０３・・・導電性ワイヤ、１０４・・・パッケージ、１０５・・・モールド部材、１０６・・・モールド部材の延在部分、１０７・・・貫通孔、１０８・・・凹部、１０９・・・ヒートシンク。BACKGROUND OF THE INVENTION
[0001]
The present invention relates to a semiconductor device in which a semiconductor element is molded using a resin as a material, and a resin molding method for the semiconductor element. More specifically, the present invention relates to a mold in transfer molding on a light emitting element mounting package molded using a resin as a material. The present invention relates to a technique for performing a high-quality transfer molding that does not leave bubbles inside a member, and providing a light emitting device that is highly reliable and has excellent optical characteristics.
[Prior art]
[0002]
As a method for molding the LED chip with a resin material, a transfer mold molding method has been used. In this method, for example, after a semiconductor element is placed on a lead frame, the upper mold and the lower mold are brought into contact with each other in a sealed space including the semiconductor element in a state where the semiconductor element and the lead electrode are connected. Then, a resin molding method for a semiconductor device is performed by injecting a resin along the surface of the lead electrode into the sealing space and curing the resin by curing.
[0003]
As such a transfer mold molding method, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-168400, in order to resin-seal the elements arranged on the lead electrodes in the case, it faces the side surface of the case. There is a method in which resin is injected from two provided inlets, and the air in the case is discharged from an outlet provided on the upper surface of the case side wall.
[Patent Document 1]
JP 2001-168400 A
[Problems to be solved by the invention]
[0004]
However, in the method of injecting resin from the injection port provided above from the position where the light emitting element in the case is placed, the light from the light emitting element is transmitted through the resin cured inside the injection port. The light extraction efficiency in the direction of the emission observation surface of the light emitting device is reduced. In addition, a trace of resin injection or discharge remains on the light emission observation surface side of the light emitting device, which causes problems such as deteriorating the appearance of the light emitting device. For example, in the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-168400, a part of the light emitted from the side surface direction of the light emitting element is part of the side surface of the light emitting element as shown in FIG. It penetrates through the resin inside the injection port in the direction and leaks from the side surface of the light emitting device. Further, in the method of injecting the resin from the lateral direction of the case shown in FIG. 2 of Patent Document 1, the flow of the injected resin is disturbed, so that the bubbles remain in the front direction of the light emitting device without leaving bubbles in the sealing resin. It is difficult to integrally mold condenser lenses of various sizes, large and small, at the same time as sealing the light emitting element.
[0005]
In addition, a case using a thermoplastic resin as a material is formed, and a sealing space for filling the sealing resin material is formed by abutting the upper mold and the lower mold, and then the thermosetting resin is put into the case. When injecting and curing, since the injection port provided in the case is deformed by heating, it is difficult to secure a sufficiently large injection port necessary for smoothly injecting the resin.
[0006]
Furthermore, in order to improve the extraction efficiency of the light emitted from the light emitting element, when the light emitting element is placed on the bottom surface of the concave portion that is widened toward the opening direction, and the molding member is molded on the light emitting element, Since the shape of the subsequent mold member is convex in the package direction, there is a problem that the mold part can be easily removed from the package and a highly reliable light-emitting device cannot be formed.
[0007]
In view of the above, an object of the present invention is to provide a light-emitting device that has no optical bubbles in a mold member that covers a light-emitting element, has excellent optical characteristics, and is highly reliable.
[Means for Solving the Problems]
[0008]
In order to achieve the above object, a manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention includes at least one kind of semiconductor element selected from a light emitting element or a light receiving element, a package having a recess for housing the semiconductor element, and the package. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a lead electrode that is inserted and having a tip portion exposed from the bottom surface of the recess; and a mold member that seals a semiconductor element disposed on the lead electrode. By punching, plural A lead electrode having a through-hole is formed between a first step of forming a lead electrode so as to be separated and opposed in one direction, and an upper die and a lower die fitted to the upper die. After clamping, the material of the above package in the mold Thermoplastic resin By injecting and curing, including the lead electrode, The through-hole was opened on the bottom A second step of molding a package having a recess, and the recess of the package; Bottom of A third step of electrically connecting the electrode of the semiconductor element and the lead electrode, and the recess Bottom of And above The back of the package Through-hole of lead electrode opened in Through From the back side of the package Contains thermosetting resin Injection of mold material The air in the recess is discharged from a through hole different from the through hole. After sealing the recess with a mold material, the mold material is cured. To mold the mold member And a fourth step.
[0009]
With such a formation method, it is possible to easily form a high-quality and highly reliable semiconductor device using transfer molding.
[0010]
It is preferable that the package includes a step of disposing a heat sink whose back surface is a part of the mounting surface and whose main surface is a mounting portion of the semiconductor element.
[0011]
With this configuration, heat from the light-emitting element can be efficiently radiated to the outside without being retained in the package, and high-power light emitted from the light-emitting element by a molded member molded into a desired shape Can be optically controlled.
[0012]
The heat sink preferably has a recess on the main surface side.
[0013]
By configuring in this way, not only can heat from the light emitting element be radiated more efficiently to the outside without staying in the package, but also the light emitted from the light emitting element is reflected by the side surface of the recess, Since it goes to the front direction, it is possible to improve the light extraction efficiency of the light emitting device.
[0014]
The heat sink preferably has a convex portion on a side surface in contact with the package.
[0015]
With such a configuration, that is, due to the shape of the heat sink unique to the present invention, the thermoplastic resin as the package molding material holds the heat sink fixed when cured, so that the heat sink is detached from the package in the light emitting device according to the present invention. Thus, a highly reliable light-emitting device can be obtained.
[0016]
The package is molded from a thermoplastic material.
[0017]
By comprising in this way, the thermal shock resistance of a light-emitting device can be improved by mainly fixing and holding the outer periphery of a lead electrode with a thermoplastic resin whose coefficient of thermal expansion is smaller than that of a mold member.
[0018]
The semiconductor element is preferably a light emitting element.
[0019]
With this configuration, a light emitting device with high quality and high reliability can be obtained.
[0020]
It is preferable to include a step of extending a part of the mold material from the through hole to the back surface of the package.
[0021]
With this configuration, light from the direction of the light emitting element is not transmitted through the resin cured in the injection port, and the light extraction efficiency of the light emitting device can be improved. Further, by providing the extending portion on the back surface of the package, the light emitting element is not easily detached from the package together with the mold portion or the mold member, so that a highly reliable light emitting device can be formed.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0022]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies a light emitting device for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not limit the light emitting device to the following. Further, the size and positional relationship of the members shown in the drawings are exaggerated for clarity of explanation.
[0023]
FIG. 1 is a front view of a light emitting device according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
[0024]
As shown in FIGS. 1 and 2, the light emitting device 100 according to the present invention includes a package 104 that fixes and holds a lead electrode 101 that is inserted into the package 104 so that the main surface of the tip is exposed from the bottom surface of the recess 108. An LED chip 102 placed on the bottom surface of the recess of the lead electrode 101, a conductive wire 103 for electrically connecting both the positive and negative electrodes of the LED chip 102 to the lead electrode 101, the conductive wire 103 and In order to protect the LED chip 102 from the external environment, it has a mold member 105 that seals them. A part of the mold member 105 extends into the through hole 107 provided so as to extend in the front direction of the light emitting device with respect to the lead electrode 101 and the back surface of the package 104 to form an extended portion 106. ing. By forming the extended portion 106 in this way, an anchor effect of the mold member 105 with respect to the package 104 can be obtained, and the mold member 105 can be prevented from being detached from the package 104. In addition, since the light emitted from the light emitting element does not pass through the cured resin in the through hole used as the injection port, the light traveling in the front direction of the light emitting device increases, and the light extraction efficiency of the light emitting device is increased. Can be improved. Further, the mold member 105 is molded into a lens shape to collect the light emitted from the light emitting device 100 in front of the light emitting device, and is generated between the surface of the lead electrode 101 and the package 104 at the time of molding. It extends into the gap. The mold member 105 and the package 104 are formed by transfer molding, respectively. The former is made of a thermosetting resin and the latter is made of a thermoplastic resin.
[0025]
Hereafter, each structure in embodiment of this invention is explained in full detail.
(LED chip 102)
The semiconductor element used in the present invention may be a semiconductor element such as a light emitting element or a light receiving element, but the semiconductor element used in the present embodiment is an LED chip 102 used as a light emitting element. When a light emitting device that emits light having a wavelength converted by exciting the phosphor by combining the phosphor and the light emitting element, an LED chip that emits light having a wavelength that can excite the phosphor is used. In the LED chip 102, a semiconductor such as GaAs, InP, GaAlAs, InGaAlP, InN, AlN, GaN, InGaN, AlGaN, or InGaAlN is formed as a light emitting layer on a substrate by MOCVD or the like. Examples of the semiconductor structure include a homostructure having a MIS junction, a PIN junction, a PN junction, etc., a heterostructure, or a double heterostructure. Various emission wavelengths can be selected depending on the material of the semiconductor layer and the degree of mixed crystal. In addition, a single quantum well structure or a multiple quantum well structure in which the semiconductor active layer is formed in a thin film in which a quantum effect is generated can be used. Preferably, a nitride compound semiconductor (general formula In) capable of efficiently emitting a relatively short wavelength capable of efficiently exciting the phosphor. _i Ga _j Al _k N, where 0 ≦ i, 0 ≦ j, 0 ≦ k, i + j + k = 1).
[0026]
When a gallium nitride compound semiconductor is used, a material such as sapphire, spinel, SiC, Si, ZnO, or GaN is preferably used for the semiconductor substrate. In order to form gallium nitride with good crystallinity, it is more preferable to use a sapphire substrate. When a semiconductor film is grown on a sapphire substrate, it is preferable to form a gallium nitride semiconductor having a PN junction on a buffer layer made of GaN, AlN or the like. In addition, SiO on the sapphire substrate ₂ A GaN single crystal itself selectively grown using as a mask can also be used as a substrate. In this case, after forming each semiconductor layer, SiO ₂ It is also possible to separate the light emitting element and the sapphire substrate by etching away. Gallium nitride-based compound semiconductors exhibit N-type conductivity without being doped with impurities. When forming a desired N-type gallium nitride semiconductor such as improving luminous efficiency, Si, Ge, Se, Te, C, etc. are preferably introduced as appropriate as N-type dopants. On the other hand, when a P-type gallium nitride semiconductor is formed, a P-type dopant such as Zn, Mg, Be, Ca, Sr, or Ba is doped.
[0027]
Since a gallium nitride compound semiconductor is difficult to be converted into a P-type simply by doping with a P-type dopant, it is preferable to make it P-type by annealing with heating in a furnace, low-energy electron beam irradiation, plasma irradiation, etc. after introduction of the P-type dopant. . Specific examples of the layer structure of the light-emitting element include an N-type contact layer, which is a gallium nitride semiconductor, and an aluminum nitride / gallium semiconductor on a sapphire substrate or silicon carbide having a buffer layer in which gallium nitride, aluminum nitride, or the like is formed at a low temperature. An N-type cladding layer, an active layer that is an indium gallium nitride semiconductor doped with Zn and Si, a P-type cladding layer that is an aluminum nitride-gallium semiconductor, and a P-type contact layer that is a gallium nitride semiconductor Are preferable. In order to form the LED chip 101, in the case of the LED chip 101 having a sapphire substrate, an exposed surface of a P-type semiconductor and an N-type semiconductor is formed by etching or the like, and then a sputtering method or a vacuum evaporation method is performed on the semiconductor layer. Each electrode is formed in a desired shape. In the case of a SiC substrate, a pair of electrodes can be formed using the conductivity of the substrate itself.
[0028]
Next, the formed semiconductor wafer or the like is directly fully cut by a dicing saw with a blade having a diamond cutting edge, or a groove having a width wider than the cutting edge width is cut (half cut), and then the semiconductor is applied by an external force. Break the wafer. Alternatively, after a very thin scribe line (meridian line) is drawn on the semiconductor wafer by, for example, a grid pattern by a scriber in which the diamond needle at the tip moves reciprocally linearly, the wafer is divided by an external force and cut into chips. In this manner, the LED chip 101 that is a nitride compound semiconductor can be formed.
[0029]
In the light emitting device of the present invention, when the phosphor is excited to emit light, the main emission wavelength of the LED chip 102 is preferably 350 nm or more and 530 nm or less in consideration of the complementary color with the phosphor and the like.
(Package 104)
The package 104 has a recess 108 on which a semiconductor element is placed, and functions as a support body that fixes and holds a lead electrode that can be electrically connected to the outside in the recess 108. As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the lead electrode 101 is bent at the side surface of the package 104 and further extends to the back surface of the package 104. Further, as shown in FIG. 5, the package 104 can include a heat sink 109 for improving the heat dissipation of the light emitting device 500. A package 104 having a plurality of openings can be formed in accordance with the number and size of the LED chips 102. Further, when the light emitting device is used as a display component, it is preferably colored in a dark color system such as black or gray in order to have a light shielding function, or the light emission observation surface side of the package 104 is colored in a dark color system. Yes. The package 104 can also be provided with a mold member 105 which is a translucent protector in order to further protect the LED chip 102 from the external environment. The package 104 preferably has good adhesiveness to the mold member 105, and is preferably insulative in order to electrically shield the LED chip 102 from the outside. Furthermore, it is preferable that the package 104 and the mold member 105 have a small coefficient of thermal expansion and are substantially equal. In particular, the package 104 preferably has a smaller thermal expansion coefficient than the mold member 105 in consideration of the case where it is affected by heat from the LED chip 102 or the like. With such a configuration, the lead electrode 101 fixed and held mainly by the package material minimizes the influence of the mold member even if the mold member expands or contracts due to the influence of the thermal stress, and reduces the thermal stress. Since there is little displacement, it is possible to form a highly reliable light-emitting device without causing a failure such as cutting of the conductive wire 103, and to improve the manufacturing yield.
[0030]
The inner wall surface of the recess 108 of the package 104 can be used as a matte surface to increase the adhesion area, or to improve the adhesion with the mold member 105 by plasma treatment. In this embodiment, the package 104 is formed integrally with the lead electrode 101. However, in another embodiment, the package 104 may be divided into a plurality of parts and may be combined to be configured by fitting. In the drawings attached to the present specification, the shape of the package is an elliptical column shape provided with a recess, but may be an arbitrary three-dimensional shape.
[0031]
Such a package 104 can be formed relatively easily by transfer molding, insert molding, or the like. Aromatic nylon resin, polyphthalamide resin (PPA), sulfone resin, polyamideimide resin (PAI), polyketone resin (PK), polycarbonate resin, polyphenylene sulfide (PPS), liquid crystal polymer (LCP) ), Thermoplastic resins such as ABS resin and PBT resin can be used. In addition, you may use what made these thermoplastic resins contain glass fiber as a thermoplastic material. By containing glass fibers in this way, it is possible to form a package having high rigidity and high strength.
[0032]
By using the thermoplastic resin as described above, it is possible to prevent resin leakage in the step of pouring a thermosetting member that is a material of the mold member. Further, the thermal expansion coefficient of the package material is smaller than the thermal expansion coefficient of the material of the mold member at the time of curing. For this reason, even when the light emitting device is used under a weather condition where the temperature varies greatly, and the mold member shrinks or expands due to heat, the lead electrode fixed and held in the package does not generate heat generated in the mold member. Since it is less affected by stress, it is possible to prevent the conductive wire bonded to the lead electrode from being cut. In this specification, a thermoplastic resin refers to a substance having a linear polymer structure that softens or liquefies when heated and hardens when cooled. Examples of such thermoplastic resins include styrene-based, acrylic-based, cellulose-based, polyethylene-based, vinyl-based, nylon-based, and fluorocarbon-based resins.
[0033]
Various dyes and pigments are preferably used as the colorant for coloring the package 104 in a dark color. Specifically, Cr ₂ O ₃ , MnO ₂ , Fe ₂ O ₃ And carbon black are preferred.
[0034]
The LED chip 102 and the package 104 can be bonded with a thermosetting resin or the like. Specifically, an epoxy resin, an acrylic resin, an imide resin, etc. are mentioned. Further, Ag paste, carbon paste, ITO paste, metal bumps and the like are preferably used to place and fix the LED chip 102 and to electrically connect to the lead electrode 101 in the package 104.
(Lead electrode 101)
The lead electrode 101 is a member used to supply electric power from the outside of the package 104 to the LED chip 102 disposed inside. The lead electrode 101 in the present embodiment includes an outer lead electrode that is a portion protruding from the side surface of the package 104, and an inner lead electrode that extends through the package side surface and extends into the package recess. Here, the inner lead electrode is provided with a through hole 107 through which resin passes when the resin is injected from the back surface of the package 104 so as to extend in the front direction of the light emitting device. By forming the extended portion 106 of the mold member 105 in the through hole and the back surface of the package 104, the mold member 105 can be prevented from being detached from the package 104. The lead electrode 101 can be formed in various sizes in consideration of heat dissipation, electrical conductivity, characteristics of the LED chip 102, and the like. The lead electrode 101 preferably has a good thermal conductivity and is appropriately adjusted in size in order to dissipate the heat released from the LED chip 102 placed on the outside. By comprising in this way, the heat dissipation of a light-emitting device can be improved, without providing a heat sink. Further, even in another embodiment provided with a heat sink for the purpose of improving the heat dissipation of the light emitting element, it is possible to further improve the heat dissipation of the entire light emitting device. The specific electric resistance of the lead electrode 101 is preferably 300 μΩ · cm or less, and more preferably 3 μΩ · cm or less. The specific thermal conductivity is 0.01 cal / (s) (cm ² ) (° C./cm) or more, more preferably 0.5 cal / (s) (cm ² ) (° C./cm) or more.
[0035]
As such a lead electrode 101, a copper or phosphor bronze plate surface which is subjected to metal plating such as silver, palladium, gold, silver or solder plating is preferably used. Such silver plating is preferable because the reflectance of light emitted from the light emitting element is increased and the light extraction efficiency of the light emitting device is improved.
[0036]
In addition, it is preferable to mold the package so that each of the pair of lead electrodes is branched into one to two lead electrodes near the side surface outside the package and inserted into the package. By doing so, excessive stress applied from the lead electrode to the package in the forming process is relieved, and the lead resin is inserted between the two lead electrodes branched from the thermoplastic resin as the package material. More firmly fixed to the package. Furthermore, the adhesion between the upper mold and the lower mold used for package molding is improved, and it is possible to prevent deviation between both molds during the package molding process.
(Heat sink 109)
As shown in FIG. 5, the heat sink 109 that can be used in the present embodiment places the LED chip 101 on the main surface side exposed from the bottom surface of the recess 108 of the package 104, and at the same time, the LED chip It has a function of dissipating heat released from the outside of the light emitting device from the back surface which is a part of the mounting surface of the light emitting device. Even if the light emitting device according to the present invention has a heat dissipation function for the lead electrode, the heat dissipation can be further improved by having the heat sink. Such a heat sink is integrally molded together with the lead electrode at the time of package molding after being placed in a sealed space formed by the upper mold and the lower mold. In this embodiment mode, a thermoplastic resin is used as the material of the package 104, so that a high heat dissipation effect is required. However, the heat dissipation effect of the package 104 is further enhanced by the heat sink 109, and a highly reliable light-emitting device is formed. Is possible.
[0037]
The heat sink 109 can be formed in various sizes in consideration of heat dissipation, characteristics of the LED chip 102, and the like. The heat sink 109 preferably has good thermal conductivity in order to dispose the LED chip 102 and to dissipate heat released from the LED chip 102 to the outside. The specific heat conductivity of the heat sink is 0.01 cal / (s) (cm ² ) (° C./cm) or more, more preferably 0.5 cal / (s) (cm ² ) (° C./cm) or more.
[0038]
As such a heat sink material, a copper or phosphor bronze plate surface that is subjected to silver, palladium, silver, gold, or other metal plating or solder plating is preferably used. Such silver plating is preferable because the reflectance of light emitted from the light emitting element is increased and the light extraction efficiency of the light emitting device is improved.
[0039]
The thickness of the heat sink is adjusted to an optimum size in order to improve the heat dissipation of the LED chip in consideration of the characteristics of the LED chip. The area of the upper surface of the heat sink is about the size of the semiconductor element to be mounted, and is adjusted so that the positive and negative conductive wires do not contact the heat sink. Alternatively, the mold member may be molded by reversing the vertical direction of the upper mold and the lower mold in the present embodiment so that the vicinity of the central portion of the conductive wire hangs below the heat sink. By doing so, it is possible to prevent a short circuit and form a light emitting device with a high manufacturing yield. The shape of the heat sink may be any shape such as a columnar shape or a prismatic shape. However, when the LED chip is placed by providing a recess on the heat sink, the recess should have a shape that widens in the opening direction. Is preferred. By doing so, the light emitted from the light emitting element is reflected by the side surface of the recess and heads in the front direction of the light emitting device, so that the light extraction efficiency of the light emitting device can be improved. In addition, when a light receiving element is used as the semiconductor element, light incident on the light receiving device is reflected by the side surface of the recess and travels in the direction of the light receiving element, so that the sensitivity of the light receiving device can be improved.
[0040]
The side surface of the concave portion is inclined with respect to the optical axis of the light emitted from the LED chip and spreads in the opening direction (hereinafter referred to as “side surface a”), and an inclination angle between the side surface a and the optical axis. A small side surface (hereinafter referred to as “side surface b”) may be divided into concave side surfaces.
[0041]
By providing the concave portion having such a side surface, the light from the light emitting element toward the side surface a and the light toward the side surface b are reflected at different angles of reflection on the side surface of the concave portion, thereby improving the light extraction efficiency of the light emitting device. In addition, it is possible to improve the light distribution in a desired direction.
[0042]
Further, the heat sink is preferably provided with a convex portion on a side surface in contact with the package. The convex portion may have an arbitrary shape, and a plurality of the convex portions may be provided over one side surface of the heat sink, or may be provided in a ring shape so as to surround the side surface of the sheet sink. Due to the shape of the heat sink, the thermoplastic resin, which is a package molding material, surrounds the periphery of the convex portion during the molding of the package and hardens. Therefore, in the light emitting device according to the present invention, the heat sink is not detached from the package, and the reliability The light emitting device can be made high. Conventionally, the heat sink formed in a separate process has been bonded to the package with an insulating adhesive, etc., so that the work efficiency is reduced, and the bonded heat sink is easy to come off from the package and has a highly reliable light emitting device. There were problems such as being unable to.
(Conductive wire 103)
The conductive wire 103 is required to have good ohmic properties with the electrodes of the LED chip 102, mechanical connectivity, electrical conductivity, and thermal conductivity. The thermal conductivity is 0.01 cal / (s) (cm ² ) (° C./cm) or more, more preferably 0.5 cal / (s) (cm ² ) (° C./cm) or more. In consideration of workability and the like, the diameter of the conductive wire 103 is preferably Φ10 μm or more and Φ45 μm or less. Specific examples of such a conductive wire 103 include conductive wires using metals such as gold, copper, platinum, and aluminum, and alloys thereof. Such a conductive wire 103 can easily connect the electrode of each LED chip 102 and the inner lead by a wire bonding apparatus. Here, when wire bonding an LED chip having a pair of positive and negative electrodes on the same surface side, each of the positive and negative electrodes is connected to a positive lead electrode and a negative lead electrode, respectively. When the LED chip 102 is arranged and fixed and electrically connected to the inner lead electrode or the like in the package 104, the LED chip 102 is electrically connected to the lead electrode or the like out of both positive and negative electrodes of the LED chip 102. The other electrode is connected to either the positive lead electrode or the negative lead electrode by wire bonding. Two or more conductive wires 103 may be used for connecting the positive electrode and the negative electrode to the lead electrode, respectively. By doing in this way, even if some of the plurality of wires are disconnected due to cutting or the like, it is possible to achieve electrical conduction with the remaining wires that are not cut. As one embodiment of the present invention, when two or more LED chips having a pair of positive and negative electrodes are mounted on the same surface side, or how many positive or negative electrodes of one LED chip are mounted. It may be divided into crab. In such a case, it is possible to connect by wire bonding so that each electrode or each divided electrode is connected in parallel.
(Mold member 105)
The mold member 105 is used to protect the LED chip 102, the conductive wire 103, the coating portion containing the particulate phosphor and formed on the LED chip 102 from the external environment, or to emit light depending on the use of the light emitting diode. It can be provided to characterize the optical properties of the device. In the present embodiment, a part of the mold member 105 extends between the package 104 and the inner lead. When such an extended portion does not exist, the mold member is likely to drop out of the package when a force is applied to the mold member in the front direction of the light emitting device. However, when an extending portion as in the present embodiment is provided, the extending portion extends in a direction perpendicular to the above-described force, so that the mold member can be prevented from falling off the package. .
[0043]
The mold member 105 can be formed using various resins, glass, and the like. As a specific material of the mold member 105, thermosetting resin or glass excellent in weather resistance and translucency such as epoxy resin, urea resin, and silicone resin is preferably used. In addition, the thermosetting resin in this specification means the plastic which solidifies when heated under pressure. Once solidified, the thermosetting resin cannot be remelted or reshaped without loss of initial properties. Examples of such thermosetting resins include epoxy-based, melamine-based, phenol-based, and urea-based resins. The material of such a mold member is a softening point of a thermoplastic resin used as a package material (the “softening point” in this specification means a temperature at which the solidified thermoplastic resin starts to be softened by heating. ) The above is the curing temperature of the thermosetting resin used as the material for the mold member (the “curing temperature of the thermosetting resin” in the present specification means that the solid thermosetting resin material is liquefied). Furthermore, after a certain period of time, it is injected into the sealed space under a temperature at which solidification is completed. At this time, since the thermoplastic resin of the package is softer than the steel mold, the package is very close to the mold, and the liquid thermosetting resin that is poured is close to the mold and the package. There is no leakage from the part.
[0044]
By including a diffusing agent in the mold member, the directivity from the LED chip 102 can be relaxed and the viewing angle can be increased. Moreover, various coloring agents can be contained. In addition, in consideration of the light distribution property, light condensing property, and the like of light entering and exiting the semiconductor element, it is possible to mold into convex lens shapes and concave lens shapes having various sizes. Furthermore, for the purpose of improving the light distribution in a predetermined direction with respect to the light emitting device, it is also possible to mold the lens so that the vertical cross-sectional shape of the mold member when viewed from the light emitting direction is an ellipse. . Such molding members having various shapes can be molded by changing the shape and size of the molding die to a desired one. Conventionally, a potting method in which a mold member material is dropped and cured at a location where the mold member is installed has been performed. However, in the potting method, there is a limit to the surface tension of the mold member material that is dropped in a liquid state. As described above, it has been difficult to mold the desired shape and size.
(Phosphor)
In the light emitting device of the present invention, it is possible to use a phosphor in order to obtain a desired emission color by converting the wavelength of light emitted from the light emitting element. Such a phosphor is contained in the mold member, or is fixed to the surface of the light emitting element with a binder such as a translucent inorganic member.
[0045]
The phosphor used in the present invention refers to a particulate phosphor that emits light when excited by light emitted from at least the semiconductor light emitting layer of the LED chip 102. When the light emitted from the LED chip 102 and the light emitted from the particulate phosphor are in a complementary color relationship or the like, white light can be emitted by mixing each light. Specifically, when the light from the LED chip 102 and the light of the particulate phosphor excited and emitted thereby correspond to the three primary colors (red, green, and blue) of the light, The emitted blue light and the yellow light of the particulate phosphor that is excited and emits light thereby can be mentioned.
[0046]
The light emission color of the light emitting diode is the ratio between the particulate phosphor and the inorganic material such as various resins and glass that act as a binder for the particulate phosphor, the sedimentation time of the particulate phosphor, the shape of the particulate phosphor, etc. It is possible to provide an arbitrary white color tone such as a light bulb color by variously adjusting the light emission and selecting the light emission wavelength of the LED chip. It is preferable that the light from the LED chip and the light from the phosphor efficiently pass through the mold member outside the light emitting diode.
[0047]
Specific particulate phosphors include cadmium zinc sulfide activated with copper and one or more elements selected from rare earth elements, such as yttrium, aluminum, and garnet phosphors activated with cerium and Pr. Is mentioned. In particular, (Re _1-x Sm _x ) ₃ (Al _1-y Ga _y ) ₅ O ₁₂ : Ce (0 ≦ x <1, 0 ≦ y ≦ 1, where Re is at least one element selected from the group consisting of Y, Gd, and La). Especially as a particulate phosphor (Re _1-x Sm _x ) ₃ (Al _1-y Ga _y ) ₅ O ₁₂ : When Ce is used, the irradiance is (Ee) = 3 W · cm arranged in contact with or close to the LED chip ^-2 10W ・ cm ^-2 Even in the following, a light-emitting diode having sufficient light resistance with high efficiency can be obtained.
[0048]
(Re _1-x Sm _x ) ₃ (Al _1-y Ga _y ) ₅ O ₁₂ : The Ce phosphor has a garnet structure and is resistant to heat, light and moisture, and can have an excitation spectrum peak near 470 nm. In addition, the emission peak is in the vicinity of 530 nm, and a broad emission spectrum that extends to 720 nm can be provided. Moreover, the emission wavelength is shifted to a short wavelength by substituting part of Al of the composition with Ga, and the emission wavelength is shifted to a long wavelength by substituting part of Y of the composition with Gd. In this way, it is possible to continuously adjust the emission color by changing the composition. Therefore, an ideal condition for converting white light emission by using blue light emission of the nitride semiconductor is provided such that the intensity on the long wavelength side is continuously changed by the composition ratio of Gd.
[0049]
Such phosphors use oxides or compounds that easily become oxides at high temperatures as raw materials for Y, Gd, Ce, Sm, Al, La and Ga, and mix them well in a stoichiometric ratio. And get the raw materials. Alternatively, a coprecipitated oxide obtained by firing a solution obtained by coprecipitation of a solution obtained by dissolving a rare earth element of Y, Gd, Ce, or Sm in an acid with a stoichiometric ratio with oxalic acid, and aluminum oxide or gallium oxide. Mix to obtain a mixed raw material. An appropriate amount of fluoride such as ammonium fluoride is mixed with this as a flux, packed in a crucible, and fired in air at a temperature range of 1350 to 1450 ° C. for 2 to 5 hours to obtain a fired product. Next, the fired product is ball milled in water, washed, separated, dried, and finally passed through a sieve to obtain a desired particulate phosphor.
[0050]
In the light emitting diode of the present invention, the particulate phosphor may be a mixture of two or more kinds of particulate phosphors. That is, two or more types (Re) having different contents of Al, Ga, Y, La, Gd, and Sm. _1-x Sm _x ) ₃ (Al _1-y Ga _y ) ₅ O ₁₂ : Ce phosphors can be mixed to increase RGB wavelength components. At present, there are variations in the emission wavelength of the semiconductor light emitting device, so that it is possible to obtain desired white light by mixing and adjusting two or more kinds of phosphors. Specifically, by adjusting the amount of phosphors having different chromaticity points in accordance with the emission wavelength of the light emitting element, the arbitrary points on the chromaticity diagram connected between the phosphors and the light emitting element are caused to emit light. be able to.
(Diffusion agent)
The mold member in this embodiment can contain a diffusing agent in order to improve the light emission luminance of the light emitting device. The diffusing agent contained in the mold member reduces scattering and absorption of light emitted from the light emitting element to the light emission observation surface side, and scatters a lot of light directed to the side of the light reflection layer to thereby emit light. The light emission luminance is improved. As such a diffusing agent, inorganic members such as barium oxide, barium titanate, barium oxide, silicon oxide, titanium oxide, and aluminum oxide, and organic members such as melamine resin, CTU guanamine resin, and benzoguanamine resin are preferably used.
[0051]
Similarly, various colorants can be added in order to have a filter effect of cutting unnecessary wavelengths from extraneous light and light emitting elements. Furthermore, various fillers that relieve internal stress of the resin can be contained.
(Filler)
Furthermore, in the present invention, a filler may be contained in the mold member in addition to or in place of the phosphor. The specific material is the same as that of the diffusing agent, but the central particle size is different from that of the diffusing agent. When the filler having such a particle size is contained in the translucent resin, the chromaticity variation of the light emitting device is improved by the light scattering action, and the thermal shock resistance of the translucent resin can be enhanced. The filler preferably has a particle size and / or shape similar to that of the phosphor. Here, in this specification, the similar particle diameter means a case where the difference in the central particle diameter of each particle is less than 20%, and the similar shape means an approximate degree of each particle diameter with a perfect circle. This represents a case where the difference in the value of the degree of circularity (circularity = perimeter length of a perfect circle equal to the projected area of the particle / perimeter length of the projected particle) is less than 20%. By using such a filler, the phosphor and the filler interact with each other, the phosphor can be favorably dispersed in the resin, and color unevenness is suppressed. Furthermore, it is preferable that both the phosphor and the filler have a center particle size of 15 μm to 50 μm, more preferably 20 μm to 50 μm. Thus, by adjusting the particle size, a preferable interval is provided between the particles. be able to. As a result, a light extraction path is ensured, and the directivity can be improved while suppressing a decrease in luminous intensity due to filler mixing. Moreover, when the phosphor and filler having such a particle size range are contained in the translucent resin and the sealing member is formed by the stencil printing method, clogging of the dicing blade is recovered in the dicing process after the sealing member is cured. A dresser effect can be brought about, and mass productivity is improved.
【Example】
[0052]
Examples according to the present invention will be described in detail below. Needless to say, the present invention is not limited to the following examples.
[Example 1]
FIG. 1 is a top view of a light emitting device 100 according to this example. FIG. 2 is a cross-sectional view of the light emitting device 100 taken along AA in FIG. FIG. 3 shows a rear view of the light emitting device 100. FIG. 4 is a front view of the light emitting device 100.
[0053]
The light emitting device 100 according to the present example is formed on the lead electrode 101 and the package 104 that fixes and holds the lead electrode 101 that is inserted into the package 104 so that the main surface of the tip portion is exposed from the bottom surface of the recess 108. LED chip 102 mounted on the bottom surface of the recess, conductive wire 103 for electrically connecting both positive and negative electrodes of LED chip 102 to lead electrode 101, and conductive wire 103 and LED chip 102 are externally connected. And a mold member 105 for sealing them in order to protect them from the environment. A part of the mold member 105 extends to the through hole 107 provided in the lead electrode 101 and the back surface of the package 104 to form an extended portion 106. Further, the mold member 105 is molded into a lens shape to collect the light emitted from the light emitting device 100 in front of the light emitting device, and is generated between the surface of the lead electrode 101 and the package 104 at the time of molding. It extends into the gap. The mold member 105 and the package 104 are formed by transfer molding, respectively. The former is made of a thermosetting resin and the latter is made of a thermoplastic resin.
[0054]
The light emitting device forming method of the present invention includes a first step of punching a metal flat plate, forming a lead electrode having a plurality of through holes protruding so as to be separated and opposed in one direction, and a central portion. A second electrode in which a lead electrode is sandwiched between an upper mold having a protrusion and a lower mold that can be fitted to the upper mold, and a thermoplastic material is injected to integrally mold a package including the lead electrode. A third step of placing and electrically connecting the semiconductor element in the recess of the package obtained in the step and the second step, and injecting molding material into the through hole of the lead electrode from the back side of the package And a fourth step of sealing and hardening the recess.
[0055]
Hereinafter, a method for forming a light emitting device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Process 1)
First, the lead electrode 101 having the through hole 107 is formed. A metal flat plate containing copper as a main component is punched into a pair of lead electrodes 101 that protrude so as to face each other in the same direction and have through holes 107.
(Process 2)
Next, molding of the package 104 in this embodiment by the injection molding method will be described. In this step, a first sealing space including an upper die and a lower die that can be fitted to the upper die is brought into contact with each other while holding the lead electrode 101 therebetween. Form. At this time, the upper mold has a convex part for molding the concave part 108 of the package 104 and a part for molding the side wall of the package 104. One lower mold has a recess for molding the side surface of the package. Injecting liquid polyphthalamide resin as a thermoplastic resin material from the direction of the back surface of the package 104 into the first sealing space, and cooling the concave portion 108 having a shape that widens in the opening direction; A package 104 having lead electrodes 101 inserted into the package 104 is integrally molded. In addition, the thermal expansion coefficient of the package at the time of curing is 2.3 × 10 ^-5 ~ 8.6 x 10 ^-5 (1 / ° C.). In this example, the package material was a material in which a suitable amount of glass fiber was contained in a polyphthalamide resin. Such materials are superior in high rigidity, high strength, dimensional stability, heat resistance, chemical resistance, molding processability, vapor deposition, low hygroscopicity, and electrical characteristics compared to those not containing glass fiber. It is suitable for use as a package material of a light emitting device in the present invention.
(Process 3)
Next, adhesion between the LED chip 102 and the bottom surface of the recess provided on the lead electrode 101 is performed using a thermosetting resin, a translucent inorganic member, metal solder, or the like. Specifically, an eutectic solder such as an epoxy resin, an acrylic resin, an imide resin, silica sol, or Au—Sn may be used. Further, Ag paste, carbon paste, ITO paste, metal bumps and the like are preferably used to place and fix the LED chip 102 and to electrically connect to the lead electrode 101 in the package 104.
(Process 4)
The positive and negative electrodes of the LED chip 102 and the lead electrode 101 are connected by wire bonding using the conductive wire 103.
(Process 5)
Hereinafter, molding of the molding member 105 according to the present invention by the transfer molding method will be described. A second sealing space is formed by pressing and pressing an upper mold for molding the material of the mold member into a predetermined shape against the main surface of the package 104. Next, the material of the mold member is injected into the second sealing space from the through hole 107 on the back side of the package 104. After setting the softening point of the polyphthalamide resin used as the material of the package 104 to 120 ° C. or higher and the curing temperature of the epoxy resin used as the mold material to 150 ° C., the epoxy resin is injected from the through-hole 107. Then, by pouring toward the second sealing space, the second sealing space is sealed with an epoxy resin. At this time, since the package 104 is softened by being pressed against the steel mold, the package is in close contact with the mold, and the epoxy resin to be poured leaks from the contact portion between the mold and the package. I will not put it out. Further, since the through-hole 107 provided in the lead electrode 101 is used as a resin injection port, it is possible to prevent the injection port from being blocked by the softening of the package. Furthermore, it is possible to completely prevent the occurrence of resin burrs on the outer periphery of the package during molding. Further, the air existing in the second sealed space is gradually replaced from the direction of the through hole 107 by the poured epoxy resin, and is discharged from the other through hole. Thereby, generation | occurrence | production of the bubble in the mold member 105 can be suppressed.
[0056]
By the way, when the package 104 is sandwiched between molds while applying pressure from above and below at the above set temperature, a gap is generated between the softened package 104 and the side surface of the lead electrode 101, and the gap is also fluid. Rich epoxy resin gets in.
[0057]
The mold temperature is set to an epoxy resin curing temperature of 150 ° C., and the mold member is molded after a predetermined curing time has elapsed. In addition, the thermal expansion coefficient of the epoxy resin at the time of curing was 14.5 to 18.5 (1 / ° C.).
(Step 6)
Finally, a part of the mold member cured on the back surface side of the package 104 extends to the main surface side and the back surface side of the lead electrode 101 through the through-hole 107 while leaving the extending portion 106. When the outer lead electrode is cut off and bent into a desired shape, the light emitting device 100 of the present invention is completed.
[0058]
In the method for forming a light emitting device according to this example, the mold member 105 is formed by injecting resin from the back surface of the package using the through hole 107 provided in the lead electrode 101 as an injection port of resin. Accordingly, light from the direction of the light emitting element is not transmitted through the resin cured in the injection port, and the light extraction efficiency of the light emitting device can be improved. Further, by providing the extended portion 106 on the back surface of the package 104, the light emitting element is not easily detached from the package 104 together with the mold portion or the mold member, so that a highly reliable light emitting device can be formed. Furthermore, since no bubbles remain in the mold member, a high-quality light-emitting device can be formed.
[Example 2]
As shown in FIG. 5, a light emitting device was formed in the same manner as in Example 1 except that the heat sink 109 was integrally formed with the package 104 when the package was molded.
[0059]
Thus, the heat dissipation of the light-emitting device can be further improved, and a highly reliable light-emitting device can be formed.
[Example 3]
A light emitting device in which various red, green, and blue colorants are contained in the mold member 105 is emitted in the same manner as in Example 1 except that the light emission color is formed for each of the red, green, and blue colors. A device was formed.
[0060]
By configuring as in this embodiment, it is possible to provide a light emitting device with excellent optical characteristics that can be used for a color LED display. That is, in the light emitting device of this embodiment, the thickness of the package 104 can be relatively increased, and the shape of the mold member 105 can be increased accordingly. Therefore, even when the light emitting device according to this embodiment is mounted on the surface of the wiring board and the space between the light emitting devices is filled with the filler, the thickness of the package 104 is set so that the filler does not hang on the surface of the mold member. It is possible to change the design freely.
【The invention's effect】
[0061]
In the light emitting device according to this example, light from the direction of the light emitting element is not transmitted through the resin cured in the injection port, and the light extraction efficiency of the light emitting device can be improved. Further, by providing the extending portion on the back surface of the package, the light emitting element is not easily detached from the package together with the mold portion or the mold member, so that a highly reliable light emitting device can be formed.
[Brief description of the drawings]
[0062]
FIG. 1 is a schematic top view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic rear view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic front view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
[0063]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100, 500 ... Light-emitting device, 101 ... Lead electrode, 102 ... Light emitting element, 103 ... Conductive wire, 104 ... Package, 105 ... Mold member, 106 ... Mold member , 107... Through hole, 108... Recess, 109.

Claims

At least one semiconductor element selected from a light emitting element or a light receiving element, a package having a recess for housing the semiconductor element, a lead electrode inserted into the package and having a tip exposed from the bottom surface of the recess, and A mold member for sealing a semiconductor element disposed on a lead electrode, and a manufacturing method of a semiconductor device comprising:
A first step of forming a lead electrode having a plurality of through-holes by projecting so as to face each other in a single direction by punching a metal flat plate; and
After sandwiching the lead electrode between the upper mold and the lower mold fitted to the upper mold, the thermoplastic resin as the material of the package is injected into the mold and cured, whereby the lead electrode is A second step of molding a package having a recess having the through-hole opened on the bottom surface ;
A third step of electrically connecting the electrode of the semiconductor element and the lead electrode after placing the semiconductor element on the bottom surface of the recess of the package;
A mold material containing a thermosetting resin is injected into the concave portion from the back side of the package through the through hole of the lead electrode opened to the bottom surface of the concave portion and the back surface of the package, and the through hole is separate from the through hole after sealing the recess in the mold material by discharging the air in the recess on the back side of the package through the holes, and the fourth step you molding the mold member by curing the molding material, A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:

The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the fourth step includes a step of extending a part of the mold material from the through hole to the back surface of the package.

3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second step includes a step of disposing, on the package, a heat sink whose back surface is a part of a mounting surface and whose main surface is a mounting portion for the semiconductor element. Production method.

The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the heat sink has a recess on a main surface side.

The semiconductor device manufacturing method according to claim 3, wherein the heat sink has a convex portion on a side surface in contact with the package.

The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor element is a light emitting element.